Супербатарейки

Продолжаю тему об энергии :]

Супербатарейки
Аккумуляторы давно уже стали ахиллесовой пятой современных мобильных устройств. Рост энергоемкости попросту не поспевает за прогрессом в вычислительной мощности и, соответственно, за потребительскими запросами.

Существующие решения на базе химических источников питания, к сожалению, не подчиняются ни пресловутому закону Мура, ни другим закономерностям. Если в будущем найдется элегантное решение проблемы дох-нущих батареек, его создатель, безусловно, будет увенчан лаврами второго Николы Тесла…

Дайте-ка угадаем, на что сетует подавляющее большинство пользователей современных мобильных телефонов. На дизайн? На экран? На слабую функциональность? Все так, однако для многих людей большинство недостатков не столь критично, как батарейка аппарата. К сожалению, кролик, который работает до десяти раз дольше – не более чем еще одна маркетинговая побасенка, современные аккумуляторы и батарейки вряд ли способны на такой подвиг. Им бы день простоять да ночь продержаться (применительно к мобильным телефонам)… С тоской вспоминаются дни увесистых «кирпичей» семи-восьмилетней давности, работавших до двух недель при активном режиме эксплуатации (справедливости ради, стоит отметить, что и функций в тех аппаратах было всего ничего – не в пример современным мультимедийным монстрам). В других сегментах мобильных устройств дела обстоят не лучше. И это несмотря на впечатляющее разнообразие представленных сегодня на рынке типов источников питания. На самом деле реальный выбор компаний-производителей сегодня ограничен парой-тройкой видов аккумуляторов – остальные либо вышли из употребления, либо чересчур экзотичны. Попробуем рассмотреть поближе?

Вездесущая «химия»
Аккумуляторы бывают разные. Не в смысле – черные, белые, красные. Различны электрохимические технологии, на основе которых выполнены аккумуляторы мобильных устройств.
При этом, конечно, ко всем ним предъявляются определенные требования на основе неких общих характеристик (емкость, рабочее напряжение, максимальный ток разряда, режимы разряда / заряда, срок службы – а как же!).

Сегодня в мобильных устройствах можно встретить в основном только щелочные аккумуляторы, нескольких типов.

Менее всего на настоящий момент распространены никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы, постепенно вышедшие из употребления. Интересно, что для аккумуляторов данного типа были свойственны хорошие показатели долговечности и надежности (особенно при высоких и низких температурах), однако энергоемкость таких источников питания при одинаковых массогабаритных характеристиках ниже, чем у других типов аккумуляторов.

Еще один неприятный момент – вредность отработанных никель-кадмиевых аккумуляторов (в связи с токсичностью кадмия), что уже привело к запрету таких источников питания, не включенных в программу утилизации, в ряде стран.

Другой тип аккумуляторов с использованием никеля – никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH). Их еще можно встретить в устаревших моделях сотовых телефонов (речь пока не идет о стандартных аккумуляторах АА). Как и все никелевые аккумуляторы, данные источники питания подвержены так называемому «эффекту памяти»: при зарядке не до конца разряженного аккумулятора его емкость может упасть до значения остаточного заряда. Именно отсюда берут свое начало пользовательские наказы друг другу о «раскачке» аккумулятора нового телефона. Наверняка многие из вас помнят, как поднимали в свое время капризную батарейку несколькими циклами заряда / разряда. Хотя, справедливости ради: производители аккумуляторов постоянно совершенствуют технологию изготовления. Так, никель-кадмиевые аккумуляторы отдельных производителей уже избавились от эффекта памяти.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы на настоящий момент являются наиболее распространенными практически во всех мобильных устройствах. Высокая энергоемкость и стабильность, хоть и изрядно подпорченная случаями со взрывами, отзывами аккумуляторов (начало было положено еще в 1990-х годах, с внедрением литиевых элементов питания в мобильных телефонах на японском рынке), позволяют компаниям-производителям по-прежнему ориентироваться на использование данного типа элементов питания в своих устройствах. И это несмотря на наличие отрицательных сторон, как то поведение литий-ионных аккумуляторов на морозе, «просаживание» их при длительном бездействии (глубокий разряд губительно скажется на батарейке вашего телефона).

Наконец, существует еще один тип аккумуляторов, получивший в последние годы широкое распространение, – литий-полимерные источники пи-тания (Li-Pol). Ввиду особенностей конструкции (применение специального полимерного электролита в виде геля), они годятся для изготовления различных по форме аккумуляторов, в том числе для так любимых производителями сегодня тонких решений.

Далеко не дамские «пальчики»
Хотя что это мы об аккумуляторах да об аккумуляторах? Большинству пользователей гораздо привычнее стандартные батарейки, «пальчиковые», «мизинчиковые» и какие угодно еще. Сухие элементы питания формата АА и ААА также разнятся по типу используемых материалов. Широкое распространение получили угольно-цинковые элементы, в том числе и благодаря их дешевизне. Интересно, что это одни из немногих используемых сегодня в мобильных устройствах кислотных источников питания. Впрочем, возможностей для использования в высокотехнологичных и, соответственно, прожорливых устройствах очень мало – ввиду мизерной энергоемкости.
Естественно, следует отметить и повсеместно распространенные алкалиновые (марганцево-цинковые) элементы питания.

Для цифровой техники гораздо более востребованы аккумуляторы привычных типоразмеров АА и ААА, однако построенные на основе вышеперечисленных щелочных элементов, в частности, никель-металлогидридные. Особенно это актуально для различных моделей цифровых фотоаппаратов, стандартные аккумуляторы которых могут быть заменены на более емкие «батарейки».

Толстые vs. тонкие
Можно много спорить о достоинствах различных элементов питания, применяемых в мобильных устройствах. Унифицированные батарейки форматов АА, ААА и проч. (либо аккумуляторы того же типоразмера) ввиду их распространенности, доступности выглядят предпочтительнее при дальних путешествиях – ведь такие элементы питания можно отыскать где угодно. В то же время использование компаниями-производителями аккумуляторов собственной конструкции позволяет более свободно подходить к внешнему виду своих устройств (особенно это касается компактных цифромыльниц, изрядно теряющих в толщине при отказе от использования батареек АА).
Одна из главных тенденций современности – тонкомания – нашла свое отражение и среди аккумуляторов. Мода на тонкие решения привела к появлению оригинальных по конструктивному решению источников питания для различных мобильных устройств. Если тонкими аккумуляторами для мобильных телефонов уже никого не удивишь (вспомните мобильные телефоны Samsung X820, U100 и проч.), то одним из наиболее запоминающихся примеров является сверхтонкая батарея ноутбука Apple Air, словно бы «размазанная» по передней части аппарата, под клавиатурой.
Безусловно, производителям приходится идти на компромисс, вызванный энергоемкостью подобных элементов питания.

С другой стороны, появляются прямо противоположные примеры. Много лет назад в некоторых мобильных телефонах использовались стандартные батарейки АА, сегодня ситуация повторяется. И вызвана она как раз низким временем автономной работы мобильников. Раньше дело не продвигалось дальше концептов (Motorola PVOT) да внешних, подсоединяемых модулей (фактически, батарейка служила для подзарядки телефона, как в одном из устройств Nokia). Однако некоторое время назад компания Philips представила свой очередной долгоиграющий телефон линейки Xenium – модель [email=9@9j]9@9j[/email] с отдельным слотом для ААА-батарейки (причем заряда, по заверениям компании, могло бы хватить на 3 часа разговоров). Примененная технология BackUpPower, разработанная израильской компанией Techtium, весьма перспективна, особенно в наш век нафаршированных мультимедийными возможностями трубок.

Будущее, которого не было
Топливные элементы пару лет назад стали одним из главных разочарований мобильной индустрии. Авансы, которые получили метаноловые и не только источники питания, оказались чересчур щедрыми, ожидания так до конца не оправдались. Технология выработки энергии за счет реакции между водородом и кислородом воздуха по-прежнему требует доработки.

Хотя сама идея прямого преобразования энергии в результате реакции окисления топлива была весьма заманчивой (хоть и требовала подпитки водородом извне – иначе у производителей мог получиться практически идеальный перпетуум мобиле, дававший на выходе водяной пар), жесткие ограничения накладывались в связи с безопасностью данных источников питания (метиловый спирт, как известно, является весьма ядовитым веществом – поэтому особые требования предъявлялись к герметичности топливных картриджей).

Возможно, вскоре в развитии топливных элементов начнется очередной виток, ведь компании-производители по-прежнему инвестируют средст-ва на усовершенствование технологии производства компактных топливных элементов.

(Бес)перспективные решения
Перспектива изменения климата в результате человеческой деятельности будоражит в том числе и производителей источников питания. А также различные исследовательские группы, стремящиеся найти дешевую и эффективную альтернативу существующим щелочным аккумуляторам. Правда, пока все это больше напоминает возню в детской песочнице – различные источники питания для мобильных устройств на основе солнечной энергии, мускульной силы человека, бактерий (sic!) и прочие затеи выглядят не слишком впечатляюще.

Действующие прототипы обладают многочисленными недостатками (в первую очередь малой энергоемкостью решений и высокой ценой), так что пока привычным Li-Ion и Ni-MH аккумуляторам вряд ли грозит серьезная конкуренция со стороны альтернативных источников энергии.

Тенденция к энергосбережению
Как же тогда выбираться из тупика, в который уперлись производители прожорливых мобильных устройств? Существующие типы аккумуляторов не позволяют добиться существенного прироста во времени автономной работы (даже с учетом батарей повышенной емкости).

Ответ, скорее всего, лежит в несколько иной плоскости. Возможно, следует более эффективно расходовать то, что имеют мобильные устройства на сегодняшний день? Компьютерная индустрия уже озадачилась проблемой энергоэффективности (ведущими корпорациями, такими как Google, Intel, Microsoft, IBM и проч. поставлена задача производить оборудование с индексом эффективности энергопотребления не ниже 80%, к 2010 году – не ниже 90%). Очередь – за смежным мобильным рынком. Производители ноутбуков уже подверглись «зеленому» буму, выпуская все более экономичные решения. То же ожидает компании-производителей мобильных телефонов, которые уже внедряют в свои продукты энергосберегающие технологии. Один из самых примитивных и старых примеров – использование датчика освещенности. Более сложные аппаратные усовершенствования – уже широко применяющаяся сегодня двухпроцессорная архитектура мобильных телефонов (когда один из процессоров отвечает исключительно за радиочасть). Вообще, каждый параметр телефона можно рассмотреть с точки зрения энергосбережения – например, использовать вместо привычных жидкокристаллических экранов телефонов плазменные панельки.
Существуют и программные способы сбережения энергии, например, функция прерывания сигнала во время пауз при разговоре (DTX).

Все это действительно может способствовать повышению энергоэффективности мобильных телефонов, а следовательно, и продлению времени их автономной работы. А значит, проблему аккумуляторов и источников питания можно просто обойти стороной…

Вывод
Проблема с аккумуляторами для мобильных устройств вряд ли будет решена в ближайшем будущем. Компании-производители цифровых устройств попали в неуютную «вилку» между тенденцией к миниатюризации и конвергенции своих продуктов и пределом возможностей современных источников питания. Устанавливать в свои продукты монструозные аккумуляторы повышенной емкости – значит, увеличивать габариты и вес, что диссонирует с сегодняшней модой на тонкие и легкие решения.

Существующие же альтернативные источники питания редко выходят за рамки прототипов, да и пользователь их может восприниматься окружающими как ходячий анекдот – право же, мобильный телефон с механической подзаводкой ничем не лучше космического корабля на педальной тяге…
Таким образом, решение проблемы энергозатрат современных мобильных устройств (телефонов, ноутбуков, плееров и т.д.) следует искать в другой плоскости. А именно – в создании энергоэффективных аппаратов, экономии заряда аккумуляторов за счет энергосберегающих технологий. Снижение энергопотребления является сегодня глобальной проблемой для всех высокотехнологичных рынков – в этом компании-производители наверняка солидарны с «зелеными». Именно данное направление будет развиваться наиболее динамично. Ну а экономичные, «долгоиграющие» девайсы можно подобрать уже сегодня – причем для каждого из видов цифровых устройств, будь то телефон, ноутбук, навигатор, фотоаппарат или что-то еще.

Copypast Мобильные Новости